JP4478443B2 - 投射用レンズおよび投射型画像表示装置 - Google Patents

Description

この発明は、原画像をスクリーン上に拡大投射する投射用レンズおよびこの投射用レンズを搭載した投射型画像表示装置に関する。

液晶パネル等に表示された画像をスクリーン等の表示媒体上に拡大投射する液晶プロジェクタは、一般のＴＶ放送、ビデオ再生画像やコンピュータの表示機器として近来広く普及してきている。

なかでも、赤・緑・青の各色画像を独立した３枚の液晶パネル（液晶ライトバルブ等）に表示し、表示された各色画像を合成して透過型スクリーンの背面から広画角で拡大投射表示する「リア方式３板液晶プロジェクタ」は、大画面でありながらも薄型で、しかも画像が高精細であることから普及率が高まっている。

３板液晶プロジェクタではフロント方式・リア方式を問わず一般に、白色光源からの光を色分離光学系により赤・緑・青の各色に分離して各液晶パネルへ導き、これら液晶パネルから射出する光（各液晶パネルに表示された画像により、２次元的に強度変調されている）を色合成光学系により合成して投射用レンズに入射させるようになっており、その構成上、投射用レンズと液晶パネルの間に「プリズム等からなる色合成光学系」が配置されることになる。

このため、３板液晶プロジェクタに用いられる投射用レンズには「長いバックフォーカス」が必要となる。

上記３枚液晶プロジェクタとは別に、反射型の液晶パネルを１枚用い、液晶パネルと投射用レンズとの間に偏光ビームスプリッタ等を配し、赤・緑・青の光を液晶パネル上にスクロール照射し、その反射光を拡大投射する所謂「ＬＣＯＳ単板プロジェクタ」がある。この場合、液晶パネルが反射型であるので、照明光源から液晶パネルへ照射される照明光束の光路と、液晶パネルにより強度変調された結像光束の光路とを分離するために、液晶パネルと投射用レンズとの間に上記「偏光ビームスプリッタ等の光路分離手段」を配置する必要があり、従ってこのＬＣＯＳ単板プロジェクタの場合にも、投射用レンズは光路分離手段を配置できるように「長いバックフォーカス」を持たねばならない。

液晶パネルから色合成光学系に入射する光束の角度が変化すると、それに応じて、色合成光学系等の分光透過率が変化し、投射されたカラー画像における各色の明るさが画角により変化して見づらい画像になる。これを避けるため、投射用レンズは「主光線の角度が縮小側で光軸と略平行になるテレセントリックな性質」を持つことが好ましい。

長いバックフォーカスを持ち、縮小側にテレセントリックな投射用レンズとしては、拡大側から縮小側へ向かって順に「負の屈折力のレンズ群」と「正の屈折力のレンズ群」が配置される所謂「レトロフォーカスタイプ」のものが知られているが、このタイプの投射用レンズは全長が大きくなり易く、特に「スクリーン面に直交する方向にコンパクトな薄型外形が求められるリア方式投射型画像表示装置」では、如何にして画像表示装置のコンパクト性を損なわずに投射用レンズを組込むかが問題となる。

この問題を解消する方法として、全長が大きいレトロフォーカスタイプの投射用レンズのレンズ群間に「ミラー等の反射手段」を配置し、投射用レンズの内部で光路を屈曲させることによりリア方式投射型画像表示装置を薄型外形ならしめる工夫が知られている（特許文献１〜４等）。

また、結像光束の光路をできるだけ短くして「投射型画像表示装置を薄型化しつつ、しかも表示画像を大画面化する」には、投射用レンズは画角が大きいことが必要である。勿論、表示される画像が高画質であるように、各種の収差が良好に補正され、高い解像度を持たねばならない。

特開平９−２１８３７９号公報 特開２００１−４２２１１ 特願２００３− ９１６８２ 特願２００３−１２７１８７

この発明は上述したところに鑑み、半画角：４０度以上の広画角、高解像で、長いバックフォーカスと高いテレセントリック性を持ち、コンパクトな投射用レンズおよびこの投射用レンズを用いた投射型画像表示装置、特に薄型外形のリア方式投射型画像表示装置の実現を課題とする。

この発明の投射用レンズは、図１に例示するように、拡大側（図１の左方）から縮小側に向かって、負の屈折力を持つ第１レンズ群Ｉ、正の屈折力を持つ第２レンズ群IIを配した「レトロフォーカスタイプ」である。

第１レンズ群Ｉは、拡大側から順に、「両面が非球面で拡大側に凸のメニスカス負レンズ」、「縮小側に大きな曲率を持つ負レンズ」の２枚から成る。
第２レンズ群IIは、拡大側から順次、１枚もしくは２枚の「拡大側に大きな曲率を持つ正レンズ（図１では１枚）」、「縮小側に大きな曲率を持つ負レンズと両面が凸である正レンズの２枚の貼り合せによる接合レンズ」、「両面が非球面で縮小側に凸のメニスカス負レンズ」、「縮小側に大きな曲率の正レンズ」を配して成る。

この投射用レンズは、縮小側にテレセントリックで、全系の焦点距離：ｆ、第１レンズ群の焦点距離：ｆ１、拡大側の共役点が無限遠の時の空気中におけるバックフォーカス：Ｂｆが、条件：
（１） ２．４ ＜ Ｂｆ／ｆ ＜ ３．４
（２） １．５ ＜｜ｆ１／ｆ｜＜ ２．８
を満足する（請求項１）。

後述する実施例１は、第２レンズ群内の接合レンズより拡大側に配される正レンズが１枚の例であり、実施例２，３、４では同正レンズが２枚の例となっている。なお、図１において、符号ＳＴは「開口絞り」、符号Ｐは「色合成光学系であるプリズム」を示し、符号ＬＢは「液晶パネル等のライトバルブの画像表示面」を示している。

請求項１記載の投射用レンズは、第１、第２レンズ群間に光路屈曲用の反射手段を配し、全系の焦点距離：ｆ、第１レンズ群と第２レンズ群との光軸上における間隔：ｄが、条件：
（３） ５．０ ＜ ｄ／ｆ ＜１０．０
を満足する構成とすることができる（請求項２）。

請求項１または２記載の投射用レンズは、第２レンズ群内において「接合レンズより拡大側に配される正レンズ」のアッベ数の平均（上記正レンズが１枚であるときはそのアッベ数）：ν_２Ａが、条件：
（４） ２０ ＜ ν_２Ａ ＜ ４０
を満足することが好ましい（請求項３）。

また、請求項１〜３の任意の１に記載の投射用レンズは、第２レンズ群内の接合レンズを構成する、負レンズのアッベ数：ν_２ＢＮ、正レンズのアッベ数：ν_２ＢＰが、条件：
（５） ５０ ＜ ν_２ＢＰ−ν_２ＢＮ ＜ ７５
を満足することが好ましい（請求項４）。

請求項１〜４の任意の１に記載の投射用レンズは「第２レンズ群内の最も縮小側に配置された正レンズ」のアッベ数：ν_２Ｃが、条件：
（６） ５０ ＜ ν_２Ｃ ＜９５
を満足することが好ましい（請求項５）。

請求項１〜５の任意の１に記載の投射用レンズは、第１レンズ群内の「非球面を持つメニスカス負レンズ」をプラスチックレンズとすることが好ましく、この場合、その焦点距離：ｆ_１Ｐ、全系の焦点距離：ｆが、条件：
（７） ０ ＜｜ｆ／ｆ_１Ｐ｜＜ ０．１２
を満足することが好ましい。

請求項１〜６の任意の１に記載の投射用レンズは、第２レンズ群内の「非球面を有するレンズ」をプラスチックレンズとすることが好ましく、この場合、その焦点距離：ｆ_２Ｐ、全系の焦点距離：ｆが、条件：
（８） ０ ＜｜ｆ／ｆ_２Ｐ｜＜ ０．０４
を満足することが好ましい（請求項７）。

請求項１〜７の任意の１に記載の投射用レンズは、第１レンズ群内において「非球面レンズと、この非球面レンズの縮小側に配置されたレンズとの間隔」を可変とし、投射距離（投射用レンズからスクリーンまでの距離）の変更に伴い発生する像面の湾曲を、上記間隔を変化させることにより補正できるように構成することができる（請求項８）。

この発明の投射型画像表示装置は、上記請求項１〜８の任意の１に記載の投射用レンズを搭載してなる構成である（請求項９）。この投射型画像表示装置はフロント方式３枚液晶プロジェクタとして実施できるが、特に、前述の「リア方式３板液晶プロジェクタ」として実施できる（この場合、特に請求項２記載の投射用レンズの使用が好ましい。）。また、前述の「ＬＣＯＳ単板プロジェクタ」としても好適に実施できる。

この発明の投射用レンズは、前述のように、長いバックフォーカスを持たせるため、拡大側に「負の屈折力を持つ第１レンズ群Ｉ」、縮小側に「正の屈折力を持つ第２レンズ群II」を配し、主点をレンズ後方（縮小側）に移動させた「レトロフォーカスタイプ」としている。

条件（１）は、「大きな画角（４０度以上）」を保持しつつ、３板式液晶プロジェクタの投射用レンズに必要にして十分なバックフォーカス確保するための条件である。
上記「大きな画角」を保持しつつ、条件（１）の下限を超えると、バックフォーカス：Ｂｆが短くなり、投射用レンズと液晶パネルの間にプリズム等の色合成光学系や、前述の偏光ビームスプリッタ等の光路分離手段を配置するのが困難になる。所望の「十分なバックフォーカス」を保持しつつ条件（１）の上限を超えると、全系の焦点距離：ｆが小さくなり、諸収差の補正が困難になってしまう。

条件（２）は「十分に長いバックフォーカスと、良好な光学性能を両立させる」ための条件である。
レトロフォーカスタイプのレンズにおいては一般に、全系の焦点距離：ｆに対するバックフォーカス：Ｂｆの比：Ｂｆ／ｆは、負の第１レンズ群と正の第２レンズ群の主点間隔：Ｄと、第１レンズ群の焦点距離：ｆ１（＜０）とにより、
Ｂｆ／ｆ＝１−Ｄ／ｆ１ （ａ）
で表される。従って、｜ｆ１｜の値が小さくなると、バックフォーカス：Ｂｆの値は大きくなる。

パラメータ：｜ｆ１／ｆ｜が条件（２）の上限を超えると、｜ｆ１｜が大きくなり過ぎて第１レンズ群の負の屈折力が小さくなり、上記式（ａ）の右辺第２項が小さくなり、右辺そのものも小さくなって所望のバックフォーカスを得るのが困難になる。

条件（２）の下限を越えると、｜ｆ１｜が小さくなり過ぎて「第１レンズ群の負の屈折力」が過大になり、コマ収差、像面湾曲等の軸外収差を良好に保つのが困難になる。

条件（３）は「光路を屈曲するための反射手段を配するに必要なスペースと、長いバックフォーカスとを適切に確保する」ための条件である。
第１レンズ群と第２レンズ群との間隔：ｄを大きくすると、上記式（ａ）における「主点間隔：Ｄ」が大きくなるので、長いバックフォーカスを実現できるとともに「反射手段を配するスペース」も確保できる。しかし、間隔：ｄが大きくなり過ぎて、パラメータ：ｄ／ｆが条件（３）の上限を超えると、拡大側に配されるレンズが大きくなり、投射用レンズのコスト増を招来してしまう。逆にパラメータ：ｄ／ｆが条件（３）の下限を超えると、長いバックフォーカスと反射手段を配するスペースとを確保することが困難になる。

前述のように、レトロフォーカスタイプの投射用レンズの屈折力配置は、レンズの中心（開口絞り位置）から見ると非対称であることから、歪曲収差が大きく発生し易い。

第１レンズ群の最も拡大側に有るレンズは「軸外の主光線高さ（光軸からの距離）が、他のレンズに比べて大きい」ので、このレンズに非球面レンズを採用することで、歪曲収差を効果的に補正することができる。

拡大側から縮小側に進む光束は、負の屈折力を持つ第１レンズ群で発散しながら第２レンズ群に入るが、第２レンズ群において「拡大側に大きな曲率を持つ１枚もしくは２枚の正レンズ」により発散状態から収斂状態の光束に変換される。そして、上記正レンズに続く「縮小側に大きな曲率を持つ負レンズと両面が凸である正レンズの２枚の貼り合せによる接合レンズ」の接合面で再び「発散光束」に変換される。このように収斂・発散を繰り返すことで収差が良好に補正された像を得ることができる。

第２レンズ群内にはまた、開口絞りから縮小側に離れた位置（接合レンズに続く「縮小側に凸のメニスカス負レンズ」）に、非球面を配することにより軸上、軸外両方の収差の効果的な補正を可能としている。

条件（４）は、第２レンズ群内の「接合レンズより拡大側に配される正レンズの平均アッベ数の好適な範囲」を表したものである。条件（４）の上・下限値を超えると、軸上色収差、倍率色収差の補正が難しくなる。
条件（５）は、第２レンズ群内の「接合レンズを構成する負レンズと正レンズのアッベ数差の範囲」を表したものである。条件（５）の上・下限値を超えると、条件（４）と同様に軸上色収差、倍率色収差の補正が難しくなる。

液晶パネルから投射用レンズに入射する軸外の主光線は、高いテレセントリック性をもつため、正の屈折力を持つ第２レンズ群により「光軸方向に大きく曲げられる」が、このとき「光線の曲がる度合い」の波長の違いによる差が大きいと、倍率色収差が大きく発生する。

請求項５記載の投射用レンズでは、第２レンズ群内で「最も縮小側に配置された正レンズ」のアッべ数を条件（６）により適切に選び、倍率色収差の発生を抑えている。
請求項６記載の投射用レンズでは、第１レンズ群内の非球面レンズを、安価で成形の容易なプラスチック材料によるプラスチック非球面レンズとして低コスト化を図っているが、プラスチックレンズは光学ガラスに比して「温度による焦点距離の変化」が大きいのでプラスチックレンズの屈折力が大きいと、投射用レンズ全体では「焦点距離・ピント位置の温度変化による変化」が大きくなる。

特にリア方式の液晶プロジェクタにおける投射用レンズは、装置筐体内に設置された後、筐体内に密閉されるので、ピント位置、倍率（焦点距離）の再調整が難しく、特にピント位置の変化による画像の劣化には十分配慮する必要がある。

条件（７）は、この点を鑑みて、第１レンズ群内のプラスチック非球面レンズの「温度による焦点距離の変化の度合い」を規制する条件である。
条件（７）のパラメータ：｜ｆ／ｆ_１Ｐ｜が、上限を超えると、プラスチック非球面レンズの焦点距離：ｆ_１Ｐが温度変化に伴い変化したとき「画像の倍率」が変化し、また大きなピントずれも生じて好ましくない。

請求項７記載の投射用レンズでは、第２レンズ群内の非球面レンズをプラスチック製とし、条件（８）で、このプラスチック非球面レンズの「温度による焦点距離の変化の度合い」を規制している。

条件（８）の上限値は、条件（７）の上限値より小さな値になっているが、以下に述べる理由による。
プラスチックレンズの温度変化による焦点距離変化に起因する「投射用レンズのピント位置の移動量：ΔＬ」は、プラスチックレンズの焦点距離：ｆ_Ｐ、プラスチックレンズへの光線入射高さ：ｈ_Ｐ、温度分散数：ω_Ｐにより、
ΔＬ＝ｈ_Ｐ ^２／ｆ_Ｐ・ω_Ｐ （ｂ）
で表される。

液晶パネルの１点から射出した光線束は、広がりながら第２レンズ群に入射するが、光線束径は第２レンズ群で最大となった後収束に向かい、小さな光線束径となって第１レンズ群へ入射する。第１レンズ群内と第２レンズ群内の各プラスチックレンズでの光線入射高さをそれぞれｈ_Ｐ１、ｈ_Ｐ２とすると、上述の如く、ｈ_Ｐ２はｈ_Ｐ１に比して大きく、その比の２乗：ε^２（＝（ｈ_Ｐ２／ｈ_Ｐ１）^２）は３以上の値になる。

温度変化によるピント位置の移動量：ΔＬは、上記式（ｂ）から明らかなように「光線入射高：ｈ_Ｐの２乗に比例」するので、第２レンズ群内のプラスチックレンズの焦点距離は、第１レンズ群内のプラスチックレンズより少なくとも３倍は大きくしなければならない。このような理由により、条件（８）の上限値：０．０４は、条件（７）の上限値：０．１２より小さくなっている。

リア方式の投射型画像表示装置では消費者の要求に応えるため「表示画面であるスクリーンのサイズを段階的に変えて商品ラインアップを拡充する」ことが一般的に行われている。しかし、スクリーンサイズに合わせて投射距離（投射用レンズからスクリーンまでの距離）を変更すると、画面周辺において像面の湾曲が発生し、画像品質が劣化する。

例えば、実施例１の投射用レンズにおいて、投射距離：６５０ｍｍを１２００ｍｍに延長し「投射表示のサイズ」を拡大すると、その画像は、図１３の非点収差図と図１４のコマ収差図から理解されるように大きな像面の湾曲を発生している。

この場合に、第１レンズ群内の非球面レンズ（最も拡大側のレンズ）と、この非球面レンズの縮小側に配置されたレンズとの間隔を「０．５ｍｍ短縮」したときの非点収差図を図１５に、コマ収差図を図１６に示す。これら図１５、図１６から理解されるように、上記間隔の短縮により、像面の湾曲がなくなり良好な像性能が回復されている。投射距離を短縮し投射表示のサイズを縮小したときも同様に補正は可能である。この機能は、他の実施例においても同様である。

即ち、請求項８記載の投射用レンズのように、上記レンズ間隔を変えることで、各サイズのスクリーンに対し簡便に像面の湾曲を補正し、良好な画像を投射できる。

この発明に依れば、後述する具体的な実施例に示されたように、半画角：４０度以上の高画角でありながらも高い解像力を維持し、長いバックフォーカス、高いテレセントリック性を有し、性能良好でコンパクト且つ低コストの投射用レンズおよびこれを搭載した投射型画像表示装置を実現できる。

以下、投射用レンズの最良の形態として、具体的な実施例を４例挙げる。
各実施例において、「Ｓ」により拡大側から数えた面番号を表し、「Ｒ」により各面（開口絞りＳＴの面および色合成光学系であるプリズムＰの面を含む）の曲率半径（非球面にあっては近軸曲率半径）を表し、「Ｄ」により光軸上の面間隔を表す。

「Ｎｄ」及び「νｄ」により、各レンズの材質の、ｄ線に対する屈折率とアッベ数を示す。「ｆ」は投射用レンズの焦点距離、「Ｆ／Ｎｏ」は明るさを表すＦ値、「ω」は半画角、「ｏｂｄ」は物体（スクリーン）からレンズ第１面（第１レンズ群の最もスクリーン側のレンズ面）までの距離、「ｂｆ」は空気中（プリズムのない状態）のバックフォーカスを表す。なお、長さの次元を持つ量の単位は「ｍｍ」である。

非球面の形状は、光軸との交点を原点として、光軸に対する高さ：ｈ、光軸方向の変移：Ｚ、近軸曲率半径：Ｒ、円錐定数：Ｋ、高次項の非球面係数：Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅとして、周知の式：
Ｚ＝（１/Ｒ）・ｈ^２/［１＋√{１−(１＋Ｋ)・（１/Ｒ）^２・ｈ^２}］
+Ａ・ｈ⁴+Ｂ・ｈ⁶+Ｃ・ｈ⁸+Ｄ・ｈ¹⁰+Ｅ・ｈ¹²
で表し、上記Ｒ、Ｋ、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅを与えて特定する。

図１に、実施例１の投射用レンズのレンズ構成を示す。

拡大側（図の左方）から第１レンズ群Ｉ、開口絞りＳＴ、第２レンズ群IIを配してなり、投射用レンズとライトバルブＬＢの間に、色合成光学系であるプリズムＰが挿入されている。

ｆ＝１１．５７５、Ｆ／Ｎｏ＝２．４、ω＝４０．６°、ｏｂｄ＝６５０、
ｂｆ＝３４．８８０
Ｓ Ｒ Ｄ Ｎｄ νｄ
1 51.224 5.000 1.49154 57.8
2 24.708 17.480
3 1500.000 2.700 1.49700 81.6
4 24.156 69.940
5 ∞(絞り) 13.830
6 31.228 5.180 1.80809 22.8
7 1130.820 8.900
8 −70.390 1.600 1.84666 23.8
9 20.141 9.460 1.49700 81.6
10 −32.911 0.170
11 −86.444 3.990 1.49154 57.8
12 −210.874 0.170
13 68.827 10.520 1.45600 90.3
14 −26.238 5.000
15 ∞ 36.000 1.51680 64.2
16 ∞ 6.341 。

非球面
第１面
Ｋ＝0.8074、Ａ＝−0.8193×10⁻⁶、Ｂ＝−0.6124×10⁻⁹、Ｃ＝0.1154×10⁻¹¹、
Ｄ＝−0.6006×10⁻¹⁵、Ｅ＝0.1585×10⁻¹⁹
第２面
Ｋ＝−0.7086、Ａ＝0.1268×10⁻⁵、Ｂ＝−0.6224×10⁻⁸、Ｃ＝0.1381×10⁻¹⁰、
Ｄ＝−0.1202×10⁻¹³、Ｅ＝0.3684×10⁻¹⁷
第１１面
Ｋ＝18.2802、Ａ＝−0.4669×10⁻⁴、Ｂ＝0.4626×10⁻⁷、Ｃ＝−0.1393×10⁻⁹、
Ｄ＝−0.3005×10⁻¹²、Ｅ＝0.2409×10⁻¹⁴
第１２面
Ｋ＝148.43、Ａ＝−0.2886×10⁻⁴、Ｂ＝0.6839×10⁻⁷、Ｃ＝−0.1331×10⁻⁹、
Ｄ＝0.3849×10⁻¹²、Ｅ＝0 。

条件式の値
（１）Ｂｆ／ｆ＝３．０１３
（２）｜ｆ１／ｆ｜＝２．６１７
（３）ｄ／ｆ＝７．２３７
（４）ν_２Ａ＝２２．８
（５）ν_２ＢＰ−ν_２ＢＮ＝５７．８
（６）ν_２Ｃ＝９０．３
（７）｜ｆ／ｆ_１Ｐ｜＝０．１１２
（８）｜ｆ／ｆ_２Ｐ｜＝０．０３８ 。

実施例１の投射用レンズを縮小側で評価した球面収差、非点収差、歪曲収差の図を、図２に、コマ収差の図を図３にそれぞれ示す。
各収差図は「５４６ｎｍの波長を持つ緑色光の収差」を示すが、球面収差図、コマ収差図には赤、青の光を代表して波長：６１０ｎｍと４７０ｎｍの収差も表示している。非点収差図におけるＳはサジタル像面、Ｍはメリディオナル像面の収差を示す。他の実施例の収差図においても同様である。

図４に、実施例２の投射用レンズのレンズ構成を、図１に倣って示す。
拡大側（図の斜め右上方）から第１レンズ群Ｉ、光路を曲げる反射ミラー（平面鏡）Ｍ、開口絞りＳＴ、第２レンズ群IIを配してなる。

ｆ＝１１．５７５、Ｆ／Ｎｏ＝２．４、ω＝４４．５°、ｏｂｄ＝６５０、
ｂｆ＝３１．３００
Ｓ Ｒ Ｄ Ｎｄ νｄ
1 54.521 5.000 1.49154 57.8
2 28.680 23.380
3 −128.627 2.300 1.65844 50.9
4 26.633 70.240
5 ∞(絞り) 0.170
6 45.958 4.280 1.75520 27.5
7 −446.047 8.630
8 26.547 3.880 1.62004 36.3
9 40.830 8.820
10 −142.745 3.000 1.84666 23.8
11 16.467 7.680 1.45650 90.3
12 −37.115 0.170
13 −99.824 3.940 1.49154 57.8
14 −150.221 4.550
15 210.806 8.330 1.61800 63.4
16 −26.453 4.000
17 ∞ 36.000 1.51680 64.2
18 ∞ 3.760 。

非球面
第１面
Ｋ＝0.9395、Ａ＝−0.2006×10⁻⁵、Ｂ＝0.6093×10⁻⁹、Ｃ＝0.1552×10⁻¹²、
Ｄ＝−0.139×10⁻¹⁵、Ｅ＝0.1661×10⁻¹⁹
第２面
Ｋ＝−0.5924、Ａ＝−0.2654×10⁻⁵、Ｂ＝−0.4287×10⁻⁸、Ｃ＝0.4217×10⁻¹¹、
Ｄ＝−0.2353×10⁻¹⁵、Ｅ＝−0.1644×10⁻¹⁷
第１３面
Ｋ＝46.8534、Ａ＝−0.4063×10⁻⁴、Ｂ＝0.2643×10⁻⁷、Ｃ＝−0.2303×10⁻⁹、
Ｄ＝−0.9169×10⁻¹²、Ｅ＝0.7887×10⁻¹⁴
第１４面
Ｋ＝107.7504、Ａ＝−0.2213×10⁻⁴、Ｂ＝0.3736×10⁻⁷、Ｃ＝−0.2333×10⁻⁹、
Ｄ＝0.7881×10⁻¹²、Ｅ＝0 。

条件式の値
（１）Ｂｆ／ｆ＝２．７０４
（２）｜ｆ１／ｆ｜＝２．０４２
（３）ｄ／ｆ＝６．０８３
（４）ν_２Ａ＝３１．９
（５）ν_２ＢＰ−ν_２ＢＮ＝６６．５
（６）ν_２Ｃ＝６３．４
（７）｜ｆ／ｆ_１Ｐ｜＝０．０８８
（８）｜ｆ／ｆ_２Ｐ｜＝０．０１９ 。

実施例２の投射用レンズを縮小側で評価した球面収差、非点収差、歪曲収差の図を図５に、コマ収差の図を図６にそれぞれ示す。

図７に、実施例３の投射用レンズのレンズ構成を、図４に倣って示す。

ｆ＝１１．５７９、Ｆ／Ｎｏ＝２．４、ω＝４４．４°、ｏｂｄ＝６４６、
ｂｆ＝３８．０９７
Ｓ Ｒ Ｄ Ｎｄ νｄ
1 84.687 5.000 1.49154 57.8
2 37.678 29.850
3 −159.025 2.300 1.66672 48.3
4 23.739 58.900
5 ∞(絞り) 5.140
6 55.723 4.400 1.75211 25.1
7 −132.944 0.170
8 51.035 3.430 1.71736 29.5
9 78.624 14.030
10 −63.675 3.000 1.84666 23.8
11 22.412 7.570 1.45650 90.3
12 −26.112 0.170
13 −78.346 4.410 1.49154 57.8
14 −131.162 2.140
15 −791.911 9.470 1.49700 81.6
16 −20.560 6.000
17 ∞ 40.000 1.51680 64.2
18 ∞ 5.921 。

非球面
第１面
Ｋ＝3.0252、Ａ＝0.1841×10⁻⁵、Ｂ＝−0.562×10⁻⁹、Ｃ＝0.3614×10⁻¹²、
Ｄ＝−0.1555×10⁻¹⁵、Ｅ＝0.525×10⁻¹⁹
第２面
Ｋ＝−0.375、Ａ＝0.1109×10⁻⁵、Ｂ＝−0.5196×10⁻⁹、Ｃ＝0.7981×10⁻¹²、
Ｄ＝−0.4733×10⁻¹⁵、Ｅ＝−0.3273×10⁻¹⁸
第１３面
Ｋ＝38.3042、Ａ＝−0.4873×10⁻⁴、Ｂ＝0.9652×10⁻⁸、Ｃ＝−0.4018×10⁻⁹、
Ｄ＝−0.7022×10⁻¹²、Ｅ＝0.3828×10⁻¹⁴
第１４面
Ｋ＝71.3368、Ａ＝−0.2314×10⁻⁴、Ｂ＝0.4611×10⁻⁷、Ｃ＝−0.2338×10⁻⁹、
Ｄ＝0.9914×10⁻¹²、Ｅ＝0 。

条件式の値
（１）Ｂｆ／ｆ＝３．２９０
（２）｜ｆ１／ｆ｜＝１．８８４
（３）ｄ／ｆ＝５．５３１
（４）ν_２Ａ＝２７．３
（５）ν_２ＢＰ−ν_２ＢＮ＝６６．５
（６）ν_２Ｃ＝８１．６
（７）｜ｆ／ｆ_１Ｐ｜＝０．０８１
（８）｜ｆ／ｆ_２Ｐ｜＝０．０２８ 。

実施例３の投射用レンズを縮小側で評価した球面収差、非点収差、歪曲収差の図を図８に、コマ収差の図を図９にそれぞれ示す。

図１０に、実施例４の投射用レンズのレンズ構成を、図４に倣って示す。

ｆ＝９．８７７、Ｆ／Ｎｏ＝２．４、ω＝４２．４°、ｏｂｄ＝６９６、
ｂｆ＝２９．２９１
Ｓ Ｒ Ｄ Ｎｄ νｄ
1 48.888 5.600 1.49154 57.8
2 27.700 23.440
3 −146.830 2.800 1.74330 49.2
4 25.894 85.640
5 49.900 4.260 1.72825 28.3
6 −694.120 0.200
7 ∞(絞り) 5.300
8 31.200 4.080 1.59551 39.2
9 63.860 13.800
10 −189.650 1.500 1.84666 23.8
11 15.180 6.850 1.49700 81.6
12 −42.020 2.640
13 −96.916 3.000 1.49154 57.8
14 −136.080 4.000
15 2144.880 6.860 1.56883 56.0
16 −23.030 4.000
17 ∞ 33.000 1.51680 64.2
18 ∞ 3.667 。

非球面
第１面
Ｋ＝0.7053、Ａ＝−0.109×10⁻⁵、Ｂ＝−0.1899×10⁻⁸、Ｃ＝0.26×10⁻¹¹、
Ｄ＝−0.1267×10⁻¹⁴、Ｅ＝0.2084×10⁻¹⁸
第２面
Ｋ＝−0.5157、Ａ＝−0.1645×10⁻⁵、Ｂ＝−0.8583×10⁻⁸、Ｃ＝0.7812×10⁻¹¹、
Ｄ＝−0.4456×10⁻¹⁵、Ｅ＝−0.2911×10⁻¹⁷
第１３面
Ｋ＝41.123、Ａ＝−0.7144×10⁻⁴、Ｂ＝0.8345×10⁻⁷、Ｃ＝−0.7079×10⁻⁹、
Ｄ＝−0.4672×10⁻¹¹、Ｅ＝0.3405×10⁻¹³
第１４面
Ｋ＝110.1549、Ａ＝−0.4876×10⁻⁴、Ｂ＝0.1207×10⁻⁶、Ｃ＝−0.8291×10⁻⁹、
Ｄ＝0.1906×10⁻¹¹、Ｅ＝0.741×10⁻¹⁴ 。

条件式の値
（１）Ｂｆ／ｆ＝２．９６６
（２）｜ｆ１／ｆ｜＝２．２１８
（３）ｄ／ｆ＝８．６７１
（４）ν_２Ａ＝３３．７５
（５）ν_２ＢＰ−ν_２ＢＮ＝５７．８
（６）ν_２Ｃ＝５６．０
（７）｜ｆ／ｆ_１Ｐ｜＝０．０６９
（８）｜ｆ／ｆ_２Ｐ｜＝０．０１４ 。

実施例４の投射用レンズを縮小側で評価した球面収差、非点収差、歪曲収差の図を図１１に、コマ収差の図を図１２にそれぞれ示す。

上に挙げた実施例１〜４の投射用レンズは何れも、拡大側から縮小側に向かって、負の屈折力を持つ第１レンズ群Ｉ、正の屈折力を持つ第２レンズ群ＩＩを配し、第１レンズ群Ｉは、拡大側から順に、両面が非球面で拡大側に凸のメニスカス負レンズ、縮小側に大きな曲率を持つ負レンズの２枚から成り、第２レンズ群ＩＩは拡大側から１枚（実施例１）もしくは２枚（実施例２〜４）の拡大側に大きな曲率を持つ正レンズ、縮小側に大きな曲率を持つ負レンズと両面が凸である正レンズの２枚の貼り合せによる接合レンズ、両面が非球面で縮小側に凸のメニスカス負レンズ、縮小側に大きな曲率の正レンズを配して成り、縮小側にテレセントリックで、全系の焦点距離：ｆ、第１レンズ群Ｉの焦点距離：ｆ１、拡大側の共役点が無限遠の時の空気中におけるバックフォーカス：Ｂｆが、条件：
（１） ２．４ ＜ Ｂｆ／ｆ ＜ ３．４
（２） １．５ ＜｜ｆ１／ｆ｜＜ ２．８
を満足している（請求項１）。

また、実施例１〜４の投射用レンズは、全系の焦点距離：ｆ、第１レンズ群Ｉと第２レンズ群ＩＩとの光軸上における間隔：ｄが、条件：
（３） ５．０ ＜ ｄ／ｆ ＜１０．０
を満足し、実施例２〜４の投射用レンズは、第１レンズ群Ｉ、第２レンズ群ＩＩ間に光路屈曲用の反射手段を配してコンパクトな外形となっている（請求項２）。

また、実施例１〜４の投射用レンズは、第２レンズ群ＩＩの接合レンズより拡大側に配される正レンズのアッベ数の平均：ν_２Ａが、条件：
（４）２０ ＜ ν_２Ａ ＜ ４０
を満足し（請求項３）、その接合レンズを構成する、負レンズのアッベ数：ν_２ＢＮ、正レンズのアッベ数：ν_２ＢＰが、条件：
（５）５０ ＜ ν_２ＢＰ−ν_２ＢＮ ＜ ７５
を満足している（請求項４）。

さらには、第２レンズ群ＩＩの最も縮小側に配置された正レンズのアッベ数：ν_２Ｃが、条件：
（６）５０ ＜ ν_２Ｃ ＜ ９５
を満足する（請求項５）。

実施例１〜４の投射用レンズは、第１レンズ群Ｉにおける非球面を有するメニスカス負レンズがプラスチックレンズで、その焦点距離：ｆ_１Ｐ、全系の焦点距離：ｆが、条件：
（７）０ ＜｜ｆ／ｆ_１Ｐ｜＜ ０．１２
を満足し（請求項６）、第２レンズ群ＩＩにおける非球面を有するレンズがプラスチックレンズで、その焦点距離：ｆ_２Ｐが、条件：
（８）０ ＜｜ｆ／ｆ_２Ｐ｜＜ ０．０４
を満足する（請求項７）。

さらに実施例１〜４の投射用レンズは何れも、第１レンズ群Ｉ内の非球面レンズと、この非球面レンズの縮小側に配置されたレンズとの間隔を可変とし、投射距離の変更に伴い発生する像面の湾曲を、上記間隔を変化させることにより補正可能である（請求項９）。

従って、白色の光源の光を赤・緑・青の３つの光に分離し、それぞれ独立した３枚の液晶パネルを通過させ、これら画像情報を持つ光を色合成光学系のプリズムにより合成し、透過型スクリーンの背面から拡大投射表示する投射型画像表示装置や、反射型の液晶パネルを１枚用い、赤・緑・青の光を液晶パネル上にスクロール照射し、その反射光を透過型スクリーンの背面から拡大投射する投射型画像表示装置等に、上記実施例１〜４の投射用レンズを搭載することで、コンパクトでありながら高精細な画像を表示することが可能である（請求項１０）。

実施例１のレンズ構成図である。 実施例１の球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。 実施例１のコマ収差を示す図である。 実施例２のレンズ構成図である。 実施例２の球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。 実施例２のコマ収差を示す図である。 実施例３のレンズ構成図である。 実施例３の球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。 実施例３のコマ収差を示す図である。 実施例４のレンズ構成図である。 実施例４の球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。 実施例４のコマ収差を示す図である。 実施例１において投射距離を１２００ｍｍに延長したときの球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。 実施例１において投射距離を１２００ｍｍに延長したときのコマ収差を示す図である。 実施例１において投射距離を１２００ｍｍに延長し、像面補正をしたときの球面収差、非点収差、歪曲収差を示す図である。 実施例１において投射距離を１２００ｍｍに延長し、像面補正をしたときのコマ収差を示す図である。

符号の説明

Ｉ 第１レンズ群
II 第２レンズ群
Ｍ 反射ミラー
ＳＴ 開口絞り
Ｐ 色合成光学系としてのプリズム
ＬＢ ライトバルブ

Claims (9)

1. 拡大側から縮小側に向かって、負の屈折力を持つ第１レンズ群、正の屈折力を持つ第２レンズ群を配し、
   上記第１レンズ群は、拡大側から順に、両面が非球面で拡大側に凸のメニスカス負レンズ、縮小側に大きな曲率を持つ負レンズの２枚から成り、
   上記第２レンズ群は、拡大側から１枚もしくは２枚の拡大側に大きな曲率を持つ正レンズ、縮小側に大きな曲率を持つ負レンズと両面が凸である正レンズの２枚の貼り合せによる接合レンズ、両面が非球面で縮小側に凸のメニスカス負レンズ、縮小側に大きな曲率の正レンズを配して成り、
   縮小側にテレセントリックで、全系の焦点距離：ｆ、第１レンズ群の焦点距離：ｆ１、拡大側の共役点が無限遠の時の空気中におけるバックフォーカス：Ｂｆが、条件：
   （１） ２．４ ＜ Ｂｆ／ｆ ＜ ３．４
   （２） １．５ ＜｜ｆ１／ｆ｜＜ ２．８
   を満足することを特徴とする投射用レンズ。
2. 請求項１記載の投射用レンズにおいて、
   第１、第２レンズ群間に光路屈曲用の反射手段を配し、
   全系の焦点距離：ｆ、第１レンズ群と第２レンズ群との光軸上における間隔：ｄが、条件：
   （３） ５．０ ＜ ｄ／ｆ ＜ １０．０
   を満足することを特徴とする投射用レンズ。
3. 請求項１または２記載の投射用レンズにおいて、
   第２レンズ群内において、接合レンズより拡大側に配される正レンズのアッベ数の平均：ν_２Ａが、条件：
   （４） ２０ ＜ ν_２Ａ ＜ ４０
   を満足することを特徴とする投射用レンズ。
4. 請求項１〜３の任意の１に記載の投射用レンズにおいて、
   第２レンズ群内の接合レンズを構成する、負レンズのアッベ数：ν_２ＢＮ、正レンズのアッベ数：ν_２ＢＰが、条件：
   （５） ５０ ＜ ν_２ＢＰ−ν_２ＢＮ ＜ ７５
   を満足することを特徴とする投射用レンズ。
5. 請求項１〜４の任意の１に記載の投射用レンズにおいて、
   第２レンズ群内の最も縮小側に配置された正レンズのアッベ数：ν_２Ｃが、条件：
   （６） ５０ ＜ ν_２Ｃ ＜ ９５
   を満足することを特徴とする投射用レンズ。
6. 請求項１〜５の任意の１に記載の投射用レンズにおいて、
   第１レンズ群内の、非球面を持つメニスカス負レンズがプラスチックレンズであり、その焦点距離：ｆ_１Ｐ、全系の焦点距離：ｆが、条件：
   （７） ０ ＜｜ｆ／ｆ_１Ｐ｜＜ ０．１２
   を満足することを特徴とする投射用レンズ。
7. 請求項１〜６の任意の１に記載の投射用レンズにおいて、
   第２レンズ群内の、非球面を有するレンズがプラスチックレンズであり、その焦点距離：ｆ_２Ｐ、全系の焦点距離：ｆが、条件：
   （８） ０ ＜｜ｆ／ｆ_２Ｐ｜＜ ０．０４
   を満足することを特徴とする投射用レンズ。
8. 請求項１〜７の任意の１に記載の投射用レンズにおいて、
   第１レンズ群内において、
   非球面レンズと、この非球面レンズの縮小側に配置されたレンズとの間隔を可変とし、
   投射距離（投射用レンズからスクリーンまでの距離）の変更に伴い発生する像面の湾曲を、上記間隔を変化させることにより補正できるようにしたことを特長とする投射用レンズ。
9. 請求項１〜８の任意の１に記載の投射用レンズを搭載してなる投射型画像表示装置。
   

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